Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne

Defekty struktury krystalicznej materiałów światłoczułych
W kryształach rzeczywistych występują odstępstwa od tej regularnej budowy zwane
defektami struktury kryształu. Rozróżniamy defekty sieciowe chemiczne i fizyczne.
Defekty chemiczne powstają w wyniku oddziaływania substancji chemicznych
znajdujących się w otoczeniu kryształu. W krysztale tworzą się zanieczyszczenia
polegające na wtrąceniu w węzły regularnej sieci jonów lub atomów obcych
pierwiastków. W kryształach halogenków srebra takie defekty chemiczne
odpowiedzialne są za występowanie - miejsc o obniżonej energii złożonych ze
skupisk pojedynczych atomów srebra, siarczku srebra lub złota.
Przyczynami wystąpienia defektów fizycznych struktury kryształu mogą być
naprężenia mechaniczne lub absorpcja energii cieplnej. Rozróżnia się fizyczne
defekty punktowe, liniowe, płaskie i trójwymiarowe. Największe znaczenie w
fotochemii mają defekty punktowe i liniowe.
Rozróżniamy dwa rodzaje defektów punktowych:
a) defekty Frenkla polegające na przesunięcie atomów lub jonów z węzłów sieci
w pozycje międzywęzłowe oraz
b) defekty Schottky'ego charakteryzujące się nie obsadzoną jedną pozycja
węzłową lub brakiem pary atomów albo jonów. Defekty te występują w
kryształach halogenków srebra i biorą udział w tworzeniu obrazu utajonego
podczas naświetlania materiałów światłoczułych.
Wśród defektów liniowych wyróżniamy:
a) dyslokacje krawędziowe polegające na wystąpieniu dodatkowej półpłaszczyzny
między dwiema prawidłowymi płaszczyznami sieci lub
b) dyslokacje śrubowe, w których nawarstwiające się kolejne płaszczyzny
sieciowe tworzą powierzchnię śrubową.
Obecność defektów w sieci kryształów halogenków srebra zwiększa ich czułość na
światło. Szczególnie reaktywne są miejsca defektów powstałych na krawędziach
kryształów.
Idealny kryształ halogenku srebra o budowie regularnej nie znalazłby zastosowania w
fotografii z uwagi na brak światłoczułości.
Czułość spektralna materiałów światłoczułych
Nie stosuje się emulsji opartych tylko na AgI, ponieważ wykazują one skłonność do
zadymiania obrazu tzn. nienaświetlone kryształy AgI ulegają redukcji w procesie
wywołania.
Najczęściej produkuje się emulsje fotograficzne zawierające tzw. kryształy mieszane
jodochlorosrebrowe, jodobromosrebrowe w ilości 2-8% molowych AgI. Jodek srebra,
w takich emulsjach, wbudowuje się w sieć krystaliczną chlorku lub bromku srebra
powodując znaczny wzrost czułości emulsji fotograficznej i rozszerzając zakres
czułości spektralnej emulsji jodobromosrebrowej do fali o długości ok. 520 nm.
Analiza wykresu czułości spektralnej halogenków srebra stosowanych w materiałach
światłoczułych wskazuje, że najmniej czuły na światło jest chlorek srebra z granicą
czułości spektralnej do 420 nm, potem jodek srebra do 430 nm, a najbardziej czuły
bromek srebra do 480 nm.
Wykres czułości spektralnej halogenków srebra.
Emisja i absorpcja promieniowania. Zjawiska fotoelektryczne w
fotografii
Promieniowanie elektromagnetyczne padające na materię, np. ciało stałe, może ulec
rozproszeniu, odbiciu, absorpcji lub przejściu przez ośrodek przezroczysty. Jeżeli w
wyniku oddziaływania kwantu promieniowania z materią zachodzi proces uwolnienia
elektronów mówimy o zjawisku fotoelektrycznym. Rozróżniamy zjawisko
fotoelektryczne zewnętrzne, wewnętrzne i fotowoltaiczne.
Zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne polega na emisji elektronów z powierzchni
metalu do otaczającej przestrzeni pod wpływem padających fotonów.
Zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne to proces, w którym pod wpływem
pochłoniętych przez ciało fotonów uwolnione elektrony mogą poruszać się tylko w
obrębie ciała macierzystego.
Zjawisko fotoelektryczne fotowoltaiczne (zaporowe), powstaje na styku dwóch
półprzewodników lub półprzewodnika i metalu. Wskutek absorpcji fotonów pojawia
się siła elektromotoryczna w postaci różnicy potencjałów na granicy tych elementów.
Zjawisko fotoelektryczne ma szerokie wykorzystanie w technice i życiu codziennym.
W dziedzinie fotografii zjawisko fotoelektryczne umożliwia:
pomiar poziomu oświetlenia za pomocą światłomierzy opartych na fotokomórkach,
fotorezystorach a obecnie na fotodiodach,
pomiar temperatury barwowej lub składu spektralnego promieniowania z
wykorzystaniem kolorymetrów i spektrofotometrów,
Temperatura barwowa
Postrzegane przez nas kolory różnych przedmiotów nie są niezmienne w każdych
warunkach. Zależą one od padającego na te obiekty światła, gdyż to właśnie ono –
odbijane bądź przechodzące przez nie – po dotarciu do naszych oczu staje się
rzeczywistym źródłem obrazu powstającego w mózgu (pomijam tu sytuację, w której
oglądany przedmiot świeci własnym światłem). Światło tzw. białe jest w
rzeczywistości mieszaniną różnych barw należących do jego spektrum (czasem
możemy je zobaczyć na niebie w pełnej okazałości jako tęczę). Jednak nie wszystkie
te barwy są wymieszane ze sobą w równych proporcjach. W praktyce zawsze pewna
grupa ma większy udział – jest to jedna z przyczyn, dla których światło zawsze ma
tzw. dominantę.
Szczególnym rodzajem dominanty jest ta, którą opisujemy za pomocą temperatury
barwowej. Parametr ten określa wrażenie barwy światła, uznawanego powszechnie za
„ciepłe” lub „zimne”. Mamy tu zatem do czynienia z dominantą przechodzącą od
koloru pomarańczowego, przez niemal biały, do bladoniebieskiego. Jest w tym jednak
pewna pułapka słowna: światło określane potocznie jako ciepłe ma niską temperaturę
barwową, a zimne – wysoką.
Jak przystało na parametr wywodzący się z nauk ścisłych, temperatura barwowa
wyrażana jest w kelwinach, czyli jednostce temperatury zdefiniowanej w układzie SI,
tożsamej ze skalą Celsjusza, przy czym pozbawionej wartości ujemnych (0 kelwinów
to -273,15 stopni Celsjusza). Istnieje szereg określonych wartości temperatur
barwowych różnych źródeł światła takich, jak świeca (1850 K), żarówka (2800 K) czy
światło słoneczne (5000–6500 K, w zależności od pory dnia i pogody). Istnieją też
źródła światła, których temperatura nie ma wiele wspólnego z dominantą barwną.
Przyjmuje się dla nich pewne uproszczenie i określa, jaka temperatura najbardziej
odpowiada jego barwie, np. dla świetlówki jest to 5000 K.

pomiar wielkości efektu fotochemicznego (gęstości optycznej uzyskanego obrazu)
za pomocą densytometru,
Gęstość optyczna
Gęstość optyczna, D, wielkość charakteryzująca absorpcję światła w kliszach
fotograficznych, filtrach, błonach półprzezroczystych itp. Określona jest wzorem:
D=log(I0/I),
gdzie: I0 i I reprezentują natężenie światła odpowiednio wiązki padającej i wiązki
wychodzącej.
Densytometr – urządzenie fotoelektryczne służące do pomiaru gęstości optycznej
materiałów przezroczystych i nieprzezroczystych.
W związku z ww. rodzajami pomiarów rozróżnia się densytometry transmisyjne,
służące do pomiaru przepuszczalności światła przez badany materiał (np. stopień
zaczernienia błon filmowych) oraz densytometry refleksyjne, służące do pomiaru
procentowej ilości światła odbitego w stosunku do światła oświetlającego materiał
odbijający światło (np. pomiar gęstości optycznej druku).


zapis obrazu optycznego na klasycznych materiałach fotograficznych i
elektronicznych detektorach obrazu - matrycach stosowanych w aparatach cyfrowych.
Mechanizm zjawiska fotoelektrycznego opiera się na założeniu, że energia kwantu
promieniowania, padającego na metal, zostaje przekazana jednemu z elektronów tego
metalu. Wówczas kwant jako cząstka nie posiadająca masy ani energii przestaje
istnieć. Elektron w zależności od ilości przekazanej energii może zostać uwolniony i
opuścić powierzchnię metalu (zjawisko fotoelektryczne zewnętrzne) lub tylko przejść
z pasma podstawowego do pasma przewodnictwa i poruszać się w obrębie metalu
(zjawisko fotoelektryczne wewnętrzne).
Energia kwantu zależy wprost od częstotliwości a zatem i długości fali
promieniowania padającego na ciało zgodnie z poniższym wzorem:
E=hν=hc/λ
h - stał Plancka (6,6256*10 -34 J*s)
- częstotliwość promieniowania
c - prędkość światła w próżni
- długość fali promieniowania
Ze wzoru wynika, że im dłuższa fala promieniowania tym mniejszą niesie ono ze sobą
energię. Z zakresu promieniowania widzialnego największą energię ma światło o
barwie niebieskiej a najmniejszą o barwie czerwonej.
Podczas naświetlania materiałów fotograficznych zachodzi zjawisko fotoelektryczne
wewnętrzne. Polega ono na przejściu elektronów w krysztale halogenku srebra z
pasma podstawowego (walencyjnego) do pasma przewodnictwa, wywołanego
pochłanianiem (absorpcją) promieniowania świetlnego. Foton obdarzony odpowiednio
dużą energią i pędem zderzając się z elektronem przekazuje mu energię, w wyniku
czego wzbudzony elektron przechodzi na wyższy poziom energetyczny do pasma
przewodnictwa i rozpoczyna się proces powstawania obrazu utajonego. Znając
różnicę energii między maksimum pasma walencyjnego i minimum pasma
przewodnictwa dla halogenków srebra oraz stosując wzór na energię fotonu (E=hc/)
można obliczyć największą długość fali promieniowania wywołującego jeszcze
proces fotoelektryczny w naświetlanym krysztale halogenku srebra.
Schemat poziomów energetycznych kryształów halogenków srebra